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復(fù)雜系統(tǒng)博弈理論與其效能評(píng)估綜述

2022-03-23 03:26:55劉佳琪彭程遠(yuǎn)劉成國(guó)
關(guān)鍵詞:飛行器效能建模

劉佳琪,彭程遠(yuǎn),張 超,劉成國(guó),劉 芳

(1. 北京航天長(zhǎng)征飛行器研究所,北京,100076;2. 試驗(yàn)物理與計(jì)算數(shù)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100076)

0 引 言

高速飛行武器作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)最具威懾力的作戰(zhàn)裝備,發(fā)揮著不可替代的作用,隨著現(xiàn)代飛行器對(duì)抗作戰(zhàn)向著體系化、智能化、信息化等方向發(fā)展,復(fù)雜系統(tǒng)博弈及其指導(dǎo)理論,作為飛行器對(duì)抗作戰(zhàn)的重要組成部分,也在同步進(jìn)步發(fā)展。博弈理論自誕生以來(lái),廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科學(xué)、軍事等各個(gè)方面,并取得了重大發(fā)展。在軍事領(lǐng)域,彈道飛行器的攔截與反攔截場(chǎng)景是典型的追逃博弈問題,其作為在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中具有強(qiáng)大威懾能力的殺手锏武器,飛行器防御技術(shù)的出現(xiàn)和進(jìn)步,極大地推動(dòng)了彈道飛行器機(jī)動(dòng)技術(shù)和各種對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展,并使得飛行器博弈進(jìn)入新的發(fā)展階段。在新發(fā)展階段中,復(fù)雜系統(tǒng)博弈理論和方法在現(xiàn)代實(shí)戰(zhàn)中獲得應(yīng)用和發(fā)展,在飛行器設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)戰(zhàn)法、體系評(píng)估核效能評(píng)價(jià)方面發(fā)揮著重要作用。

1 復(fù)雜系統(tǒng)博弈場(chǎng)景建模方法

動(dòng)態(tài)博弈場(chǎng)景構(gòu)建,是進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)博弈研究的基礎(chǔ),主要方法有蘭徹斯特方程法、Agent建模方法、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模方法、網(wǎng)絡(luò)模型方法和Petri網(wǎng)模型方法等。

經(jīng)典的體系對(duì)抗模型構(gòu)建是基于蘭徹斯特方程的方法,其以微分方程的形式描述體系對(duì)抗過程的對(duì)抗性與動(dòng)態(tài)性,但存在對(duì)高度聚合的部隊(duì)進(jìn)行模擬時(shí)反應(yīng)遲鈍,只注重兵力數(shù)量的變化等問題,難以適應(yīng)當(dāng)今信息化條件下的體系作戰(zhàn)場(chǎng)景。

Agent建模理論是一種研究大量個(gè)體,或由他們交互而出現(xiàn)的宏觀尺度行為的一種向?qū)嶓w對(duì)象的建模方法,能夠通過自底向上、從個(gè)體到整體、從微觀到宏觀來(lái)研究系統(tǒng)的復(fù)雜性。多Agent理論的基本思想是將復(fù)雜系統(tǒng)劃分為若干智能體,從研究個(gè)體微觀行為入手,進(jìn)而獲得系統(tǒng)宏觀行為,具有互耦合性、自治性、并行性等特點(diǎn)。采用多Agent系統(tǒng)理論進(jìn)行作戰(zhàn)系統(tǒng)的建模,須考慮各Agent模型之間的通信開銷,并建立Agent之間完善的控制機(jī)制,缺乏協(xié)作的全局觀點(diǎn)。

離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(Discrete Event Dynamic Systems,DEDS)建模方法,是一種形式化、模塊化、層次化描述機(jī)制,用于離散事件系統(tǒng)的建模和仿真,廣泛應(yīng)用于軍事、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域。DEDS一種能夠?qū)﹄x散事件系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,層次結(jié)構(gòu)清晰的建模與仿真方法,特別適合作戰(zhàn)過程的形式化建模仿真。但是,難以處理連續(xù)、隨機(jī)、時(shí)延等過程,實(shí)際應(yīng)用的效果受到很大的限制。

網(wǎng)絡(luò)模型將作戰(zhàn)單元和作戰(zhàn)過程抽象為節(jié)點(diǎn)和邊,形成一個(gè)復(fù)雜的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò),通過網(wǎng)絡(luò)反映作戰(zhàn)過程中雙方的沖突、內(nèi)部的合作與協(xié)調(diào)。目前對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用大多是單向的,通過分析現(xiàn)有的復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)據(jù),得到復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),實(shí)證研究多,建模研究少。

Petri網(wǎng)模型可以描述和分析離散事件系統(tǒng)的沖突、并發(fā)、共享資源和優(yōu)先級(jí)等特征。傳統(tǒng)的Petri模型只適用于離散事件的動(dòng)態(tài)博弈系統(tǒng)的建模,經(jīng)過發(fā)展,形成了多種改進(jìn)的Petri網(wǎng)模型,例如有色Petri網(wǎng)、隨機(jī)Petri網(wǎng)、對(duì)象Petri網(wǎng)等,同時(shí)也發(fā)展了GreatSPN、Charlie、Snoopy、PIPE等多種Petri網(wǎng)建模與仿真工具軟件,并廣泛應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)對(duì)抗中的探測(cè)、攔截博弈場(chǎng)景建?!,F(xiàn)有的基于Petri網(wǎng)的建模方法僅能描述一種或兩種混雜特性,無(wú)法同時(shí)描述作戰(zhàn)系統(tǒng)中存在的離散、連續(xù)、隨機(jī)、時(shí)延和決策多種混雜特性。混雜隨機(jī)時(shí)延Petri網(wǎng)[1](HSTPN-Hybrid Stochastic Timed Petri Nets)是一種基于條件事件網(wǎng)改進(jìn)的高級(jí)Petri網(wǎng)模型框架,含有離散、連續(xù)、隨機(jī)、時(shí)延和控制5種庫(kù)所,可對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)博弈過程中存在的多種混雜特性以及連續(xù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行建模。

2 復(fù)雜系統(tǒng)博弈對(duì)抗理論方法

2.1 矩陣博弈法

矩陣博弈法要求根據(jù)攻防環(huán)境與局勢(shì),列出當(dāng)前攻防雙方的博弈矩陣,并求取納什均衡,做出優(yōu)化決策,視戰(zhàn)場(chǎng)情況有目的地實(shí)施對(duì)抗策略。飛行器在進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)收集分析后,得到最優(yōu)策略集,依此制定戰(zhàn)術(shù)策略,完成自主化對(duì)抗任務(wù)。

矩陣博弈法已應(yīng)用于完全信息條件下的多目標(biāo)打擊決策建模,不確定信息條件下的戰(zhàn)場(chǎng)火力分配建模,以及反攔截機(jī)動(dòng)博弈制導(dǎo)建模等。周興旺等[2]針對(duì)作戰(zhàn)過程中不確定性以及確定性信息共存的情況,提出了貝葉斯混合博弈火力分配模型;Gong H等[3]使用非合作博弈方法,提出了火力分配決策模型,將火力分配方案作為局中人策略進(jìn)行優(yōu)化;Wei M等[4]使用了帕累托博弈論方法進(jìn)行建模,使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行了模型的求解優(yōu)化;李博文等[5]針對(duì)一對(duì)一、多對(duì)一攔截兩種情況,運(yùn)用動(dòng)態(tài)博弈與矩陣對(duì)策相結(jié)合的方法,將攔截彈末制導(dǎo)過程轉(zhuǎn)化為博弈論中的二人競(jìng)爭(zhēng)博弈模型。

制定對(duì)抗策略的過程如果在彈上實(shí)現(xiàn),對(duì)計(jì)算速度、時(shí)間有很高的要求,彈載計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有限,難以工程應(yīng)用。若實(shí)現(xiàn)進(jìn)行地面訓(xùn)練,由于矩陣博弈是將研究對(duì)象的狀態(tài)變量和控制策略在時(shí)間和控制性質(zhì)上離散后得到的方法,其解是次最優(yōu)的,存在策略精度不足的問題。

2.2 微分對(duì)策法

用微分方程描述的動(dòng)態(tài)過程雙方對(duì)策控制的理論和方法稱為微分對(duì)策。20世紀(jì)50年代以來(lái),美國(guó)蘭德公司在空軍贊助下,以Isaac博士為領(lǐng)導(dǎo)開始了研究,微分對(duì)策博弈最終可以得到博弈對(duì)抗雙方的機(jī)動(dòng)策略。相較于最優(yōu)制導(dǎo)律,微分對(duì)策理論不需要掌握敵方制導(dǎo)指令信息作為先驗(yàn)知識(shí),因此對(duì)加速度估計(jì)誤差的敏感度更低,并且微分對(duì)策制導(dǎo)律曲線更加平滑,有利于減少控制指令飽和與控制指令震顫的現(xiàn)象,更加符合實(shí)際應(yīng)用的需求。

微分對(duì)策法廣泛應(yīng)用于不同飛行階段的追逃問題、多飛行器協(xié)同博弈問題研究,能夠給出進(jìn)攻方/防御方的微分對(duì)策制導(dǎo)律。Shaferman V等[6]在多飛行器協(xié)同博弈對(duì)抗問題中,分別就最優(yōu)控制理論和微分對(duì)策理論提出了具有角度約束的協(xié)同制導(dǎo)律;Liang H 等[7]在考慮三方乃至四方博弈的復(fù)雜對(duì)抗場(chǎng)景中,利用線性二次微分對(duì)策理論解析的求出了多方博弈策略;鮮勇等[8]針對(duì)導(dǎo)彈中段的智能機(jī)動(dòng)對(duì)抗問題,基于微分對(duì)策法建立了進(jìn)攻彈和攔截彈的零和博弈模型,得到進(jìn)攻彈的最優(yōu)規(guī)避策略;熊思宇等[9]對(duì)于進(jìn)攻彈采用的主動(dòng)防御策略的情況下,基于微分對(duì)策提出了主動(dòng)反攔截器和進(jìn)攻彈的協(xié)同對(duì)抗機(jī)動(dòng)策略。

基于最優(yōu)控制理論與微分對(duì)策理論的解析博弈策略,主要利用變分法原理推導(dǎo)得到制導(dǎo)律的解析解,具有穩(wěn)定、可分析的優(yōu)點(diǎn),但對(duì)計(jì)算資源以及攻防博弈成員相對(duì)位置、過載能力、響應(yīng)速度等先驗(yàn)信息有較為苛刻的要求,并且存在超參數(shù)選擇的問題。

2.3 概率評(píng)估分析法

概率評(píng)估分析通過建立概率模型對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)攻防策略進(jìn)行分析,主要思路是首先對(duì)攻防體系進(jìn)行建模,進(jìn)而對(duì)博弈雙方的關(guān)鍵行為策略,如探測(cè)、識(shí)別、攔截等,計(jì)算其成功的概率,最后評(píng)估攻防效果。概率模型可以采用伴隨技術(shù)、隨機(jī)服務(wù)理論、ADC模型、改進(jìn)的ADC模型、多層防御系統(tǒng)的貝努利實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷榷喾N方法建立。

概率評(píng)估分析方法已應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)博弈關(guān)鍵環(huán)節(jié)建模與效能分析。Menq等[10]通過離散時(shí)間馬爾科夫過程對(duì)多層防御系統(tǒng)進(jìn)行了建模;高恩宇等[11]建立了飛行器穿透防守區(qū)域概率模型和目標(biāo)識(shí)別概率模型,針對(duì)彈幕防御和射擊-觀察-射擊兩種不同的攔截模式基于簡(jiǎn)化概率模型進(jìn)行了分析。

概率評(píng)估分析法通過構(gòu)建博弈關(guān)鍵環(huán)節(jié)的概率模型,可以直接給出效能評(píng)估;并且通過建立概率模型對(duì)攻防過程進(jìn)行建模,可以對(duì)全過程進(jìn)行分段研究。其不足之處為:a)目前的概率模型基本是靜態(tài)的,沒有考慮攻防博弈這一復(fù)雜過程的動(dòng)態(tài)性,在對(duì)抗過程中概率隨著過程演化動(dòng)態(tài)變化;b)由于攻防過程在時(shí)間上具有連續(xù)性,導(dǎo)致上述各種隨機(jī)事件之間具有不同程度的相關(guān)性,對(duì)概率的運(yùn)算不能簡(jiǎn)單運(yùn)用加法和乘法原理,在文獻(xiàn)中多被簡(jiǎn)化為獨(dú)立性;c)博弈中的博弈策略和手段具有多樣性,現(xiàn)有場(chǎng)景與概率模型偏簡(jiǎn)化,難以反映博弈的多樣性。

2.4 智能博弈技術(shù)

在信息技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下,特別是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的支撐下,復(fù)雜系統(tǒng)博弈博弈理論方法也將逐漸邁入智能化發(fā)展階段。深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)是現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支,成功地應(yīng)用于序貫決策領(lǐng)域。2015年Mnih將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)相結(jié)合,對(duì)游戲AI智能體進(jìn)行訓(xùn)練,其性能超過以往的所有方法,甚至超過了人類頂尖高手的水平。強(qiáng)化學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)解析方法相比,另一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)在于,它可以使用飛行器和環(huán)境的高保真模型進(jìn)行學(xué)習(xí);Brain等利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí),針對(duì)飛行器著陸問題,提出了一個(gè)自適應(yīng)智能制導(dǎo)方法,在特定環(huán)境下進(jìn)行訓(xùn)練的智能體可以通過少量的訓(xùn)練適應(yīng)新的環(huán)境,這表明利用參數(shù)不確定性進(jìn)行訓(xùn)練能得到具有魯棒性的智能體。

智能博弈技術(shù)是智能化軍事應(yīng)用的基礎(chǔ)和共性技術(shù),是解決指揮控制中作戰(zhàn)方案生成、任務(wù)規(guī)劃及離線決策等智能化的關(guān)鍵,同時(shí)也是訓(xùn)練模擬、自主集群無(wú)人化作戰(zhàn)等軍事關(guān)鍵領(lǐng)域智能化建設(shè)的核心技術(shù)基礎(chǔ)?;谏疃葟?qiáng)化學(xué)習(xí)的智能博弈技術(shù),是將以深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)為代表的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)引入博弈對(duì)抗建模過程。利用數(shù)據(jù)、知識(shí)和規(guī)則等,結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法,建立和優(yōu)化博弈對(duì)抗過程中各類行動(dòng)實(shí)體的決策模型,為作戰(zhàn)方案分析、戰(zhàn)法試驗(yàn)分析及機(jī)器學(xué)習(xí)提供數(shù)據(jù)支撐,并使分析結(jié)果具有更強(qiáng)說(shuō)服力,學(xué)習(xí)結(jié)果具有更高置信度。朱建文等[12]構(gòu)建基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多目標(biāo)決策架構(gòu),設(shè)計(jì)以分配向量為基本元素的動(dòng)作空間,以及基于量化性能指標(biāo)的狀態(tài)空間,利用Q-Learning方法對(duì)協(xié)同攻擊方案進(jìn)行智能決策;馬文[13]將博弈論和強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法結(jié)合,在訓(xùn)練過程中采用基于博弈論的ε-minimax探索利用策略,在生成空戰(zhàn)策略時(shí)使用Minimax算法通過線性規(guī)劃求解最優(yōu)策略,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的機(jī)動(dòng)決策序列快速生成;Du等[14]建立了基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的導(dǎo)彈攔截環(huán)境,使用確定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)方法訓(xùn)練攔截Agent。多智能體方法和DDPG方法也可以與多智能體方法結(jié)合,進(jìn)行多智能體追-逃博弈協(xié)同作戰(zhàn)決策;Shalumov V[15]針對(duì)目標(biāo)-攔截器-反攔截器三方博弈對(duì)抗場(chǎng)景,利用策略梯度法訓(xùn)練進(jìn)攻方的智能體,以求尋找到最佳發(fā)射時(shí)間和最優(yōu)導(dǎo)引律來(lái)提高對(duì)抗勝率。

基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能博弈技術(shù)的突破對(duì)解決高動(dòng)態(tài)、不確定性及復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的智能決策問題,支撐智能化指揮控制的共性基礎(chǔ)理論與技術(shù),具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。與解析法相比,智能博弈技術(shù)具有更高的計(jì)算效率,能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)應(yīng)用?;静捎脙刹椒ǎ篴)利用解析策略生成最優(yōu)策略數(shù)據(jù)集;b)利用預(yù)生成的策略數(shù)據(jù)對(duì)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。在實(shí)際應(yīng)用中,得到充分訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時(shí)生成指令。然而兩步法只適用于確定性場(chǎng)景,通過解析法能夠獲取大量最優(yōu)策略數(shù)據(jù)。在不完備信息攻防博弈問題中,場(chǎng)景存在大量不確定信息,難以通過蒙特卡洛仿真獲取大量最優(yōu)策略數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

3 攻防效能評(píng)估

系統(tǒng)效能是指在給定條件下系統(tǒng)能夠特定的目標(biāo)的能力。飛行器攻防效能評(píng)估主要是利用飛行試驗(yàn)、地面試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)等手段,評(píng)價(jià)進(jìn)攻方飛行器在防御系統(tǒng)實(shí)施探測(cè)、識(shí)別、攔截的威脅條件下,采取針對(duì)性對(duì)抗措施,成功完成任務(wù)的能力。

3.1 飛行器攻防效能結(jié)構(gòu)

從進(jìn)攻方飛行器與防御系統(tǒng)的攻防對(duì)抗過程來(lái)看,飛行器攻防對(duì)抗效能評(píng)估主要涉及到對(duì)防御系統(tǒng)的反探測(cè)能力、反識(shí)別能力、反攔截能力等。

張克等[16]在對(duì)武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估問題的探討中提到,系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)和執(zhí)行任務(wù)過程中的狀態(tài)以及最后完成給定的構(gòu)成任務(wù)的程度共同構(gòu)成了系統(tǒng)的效能,并根據(jù)層次分析法給出了飛行器攻防效能結(jié)構(gòu),包括隱身能力、機(jī)動(dòng)能力、電子對(duì)抗能力和火力對(duì)抗能力;齊玲輝等[17]在導(dǎo)彈攻防對(duì)抗過程分析中給出了系統(tǒng)效能指標(biāo)層次結(jié)果,其中,攻防對(duì)抗能力劃分為反探測(cè)能力和反擊毀能力;謝如恒[18]在彈道導(dǎo)彈中段機(jī)動(dòng)攻防對(duì)抗技術(shù)研究中將攻防對(duì)抗效能分解為隱身(反發(fā)現(xiàn))能力、反識(shí)別能力和反摧毀能力。

3.2 系統(tǒng)效能評(píng)估技術(shù)

系統(tǒng)效能評(píng)估常用的評(píng)估方法有解析法、專家評(píng)估法、作戰(zhàn)模擬法等。

a)解析法

通過建立根據(jù)尺度參數(shù)計(jì)算性能指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型,代入實(shí)際系統(tǒng)的尺度參數(shù),調(diào)用數(shù)學(xué)模型,即可計(jì)算出實(shí)際系統(tǒng)的性能指標(biāo),目前主要的方法有代數(shù)圖解構(gòu)造法(Algebraic Diagrammatic Construction,ADC)、系統(tǒng)效能分析法(System Effectiveness Analysis,SEA)、層次分析法(Analitic Hierarchy Process,AHP)、邏輯分析方法、指數(shù)法、灰色理論方法、模糊數(shù)學(xué)方法、信息熵評(píng)估法等。朱楓等[19]利用灰色關(guān)聯(lián)度(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)的組合評(píng)估法,對(duì)反臨近空間武器作戰(zhàn)能力進(jìn)行了綜合評(píng)估。通過構(gòu)建防控導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系,三角模糊數(shù)的層次分析法和信息熵法對(duì)各二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行綜合賦權(quán),再運(yùn)用合適的評(píng)價(jià)模型與評(píng)價(jià)方法對(duì)飛行器的作戰(zhàn)能力進(jìn)行綜合評(píng)估;葛魯親等[20]在層次分析法的基礎(chǔ)上,采用GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)攻防對(duì)抗雙方的指標(biāo)體系能力效用值進(jìn)行優(yōu)化解算,避免了傳統(tǒng)層次分析法、熵權(quán)法在指標(biāo)權(quán)重選取過程中后不確定因素影響的問題,精確地對(duì)飛行器協(xié)同攻防效能進(jìn)行了評(píng)估。

b)專家評(píng)估法

通過專家經(jīng)驗(yàn)、專家打分和一些先驗(yàn)信息等途徑進(jìn)行評(píng)估,如專家打分法、模糊綜合評(píng)判法、群體多屬性決策法等,此類方法通過經(jīng)驗(yàn)、專家等途徑進(jìn)行評(píng)估,受主觀因素影響較大。

c)作戰(zhàn)模擬法

又稱作戰(zhàn)仿真,主要通過建立武器系統(tǒng)的仿真模型,代入實(shí)際系統(tǒng)的尺度參數(shù),引入隨機(jī)輸入,重復(fù)多次實(shí)驗(yàn),通過統(tǒng)計(jì)獲得實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能指標(biāo),主要的方法包括Petri網(wǎng)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network,ANN)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法(System Dynamics,SD)、Monte Carlo法、Lanchester法等。陸夢(mèng)馳[21]運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法,確定作戰(zhàn)效能評(píng)估SD模型的邊界,構(gòu)建指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估SD模型,為指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估及各要素靈敏度分析提供方法和平臺(tái);張斌等[22]利用仿真實(shí)驗(yàn)研究復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)地空導(dǎo)彈的打擊效能,通過構(gòu)建地空導(dǎo)彈在敵遠(yuǎn)程電子壓制性干擾下?lián)袈鋽惩环里w機(jī)的作戰(zhàn)模型,根據(jù)概率分析模型關(guān)心的參數(shù),設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,得到了地空導(dǎo)彈擊落目標(biāo)概率的關(guān)鍵影響因素,為裝備改進(jìn)和實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用中的參數(shù)設(shè)置提供了依據(jù)。

3.3 飛行器攻防效能評(píng)估技術(shù)

飛行器攻防效能評(píng)估是系統(tǒng)效能評(píng)估的一部分,為了較真實(shí)、較準(zhǔn)確的反應(yīng)對(duì)抗過程的效能指標(biāo)的獲取,需要利用攻防對(duì)抗仿真,通過對(duì)攻防對(duì)抗仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,得到有價(jià)值的攻防效能指標(biāo)。仿真實(shí)驗(yàn)具有攻防要素全面、對(duì)抗過程模擬逼真的特點(diǎn),是飛行器攻防效能評(píng)估的主要手段。地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)為仿真試驗(yàn)提供目標(biāo)特性數(shù)據(jù)、攻防對(duì)抗動(dòng)態(tài)關(guān)鍵環(huán)節(jié)數(shù)據(jù),起到數(shù)據(jù)支撐與模型校核的作用。

2005年美國(guó)總統(tǒng)建議報(bào)告中指出,仿真技術(shù)是以下3個(gè)方面的結(jié)合:算法、建模和仿真軟件用于解決問題;計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)用于開發(fā)和優(yōu)化系統(tǒng)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng);計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施提供相關(guān)技術(shù)和工程問題的解決方案并促進(jìn)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展[23]。美國(guó)分布式仿真技術(shù)經(jīng)歷了從仿真器聯(lián)網(wǎng)(Simulation Networking,SIMNET)、分布式交互仿真(Distributed Interactive Simulation,DIS)、聚合級(jí)仿真協(xié)議(Aggregate Level Simulation Protocol,ALSP)、高層體系仿真結(jié)構(gòu)(High Level Architecture,HLA)到可擴(kuò)展建模與仿真框架(Extensible Modeling and Simulation Framework,XMSF)、試驗(yàn)與訓(xùn)練使能框架(Test and Training Architecture,TENA),再到實(shí)況虛擬構(gòu)造(Live Virtual Constructive,LVC)架構(gòu)的發(fā)展歷程[24]。在開始提出時(shí),這些分布式仿真架構(gòu)所支持的仿真類型各有側(cè)重,隨著技術(shù)的發(fā)展,它們之間的界限越來(lái)越模糊,下一代分布式仿真架構(gòu)將同時(shí)支持各種類型的仿真。

中國(guó)在分布式仿真方面,主要有國(guó)防科技大學(xué)的KD HLA、北京仿真中心的SSS RTI、北京航空航天大學(xué)的AST RTI、清華大學(xué)的TH RTI等。大型仿真系統(tǒng)方面,美國(guó)根據(jù)不同目的,開發(fā)了空戰(zhàn)仿真、擴(kuò)展防空模擬系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)級(jí)仿真、系統(tǒng)效能分析仿真等。

近年來(lái),平行仿真技術(shù)在系統(tǒng)建模與仿真領(lǐng)域逐漸興起,在系統(tǒng)效能評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域,也逐漸關(guān)注相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。楊雪榕等[25]對(duì)裝備平行試驗(yàn)概念進(jìn)行了辨析,將平行試驗(yàn)理論定義在并行試驗(yàn)(物理靶場(chǎng)和人工靶場(chǎng)同步開展試驗(yàn))、虛實(shí)結(jié)合(利用人工系統(tǒng)靶場(chǎng)的虛擬對(duì)象和環(huán)境,補(bǔ)充物理靶場(chǎng)的作戰(zhàn)背景)、平行發(fā)展(通過機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能技術(shù)對(duì)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)人工系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的真實(shí)反映)3個(gè)層次。

由于飛行器攻防對(duì)抗評(píng)估需要設(shè)計(jì)大量的裝備、設(shè)備構(gòu)建形成體系,從而評(píng)價(jià)其效能,全部使用實(shí)際裝備進(jìn)行評(píng)估試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn),因此,需要采用其他技術(shù)途徑,模擬構(gòu)建攻防對(duì)抗雙方的體系運(yùn)用環(huán)境,開展效能仿真評(píng)估,仿真試驗(yàn)床是其中一種方法和技術(shù)。20世紀(jì)80年代,美國(guó)實(shí)施“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃時(shí),就為動(dòng)能武器和激光武器建立了試驗(yàn)床,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,試驗(yàn)床技術(shù)已應(yīng)用于概念論證、技術(shù)攻關(guān)、系統(tǒng)繼承、演示驗(yàn)證等各個(gè)階段。國(guó)外典型的試驗(yàn)床包括美國(guó)Via Sat公司的空間通信試驗(yàn)床、美國(guó)空軍的機(jī)動(dòng)飛行器集成技術(shù)試驗(yàn)床、美國(guó)DARPA的快速機(jī)動(dòng)空間試驗(yàn)床和Hallmark項(xiàng)目的太空作戰(zhàn)管理指揮與控制試驗(yàn)床等。中國(guó)從2001年開始開展了試驗(yàn)床的先期研究,在體系仿真、LVC仿真方面都取得了一定的研究成果,實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)資源的互操作、可重用、可組合。

4 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜系統(tǒng)博弈涉及導(dǎo)彈戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、決策戰(zhàn)等等,最能體現(xiàn)博弈論的特點(diǎn),是對(duì)抗技術(shù)發(fā)展的理論支撐和學(xué)術(shù)價(jià)值體現(xiàn),隨著信息技術(shù)、智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,復(fù)雜系統(tǒng)博弈將不斷推動(dòng)對(duì)抗技術(shù)向著高級(jí)階段發(fā)展,對(duì)抗技術(shù)也最能牽引現(xiàn)代科技的蓬勃發(fā)展,兩者相互促進(jìn),螺旋式上升,在各國(guó)的高度重視下,復(fù)雜系統(tǒng)博弈理論必將向著智能特色更濃的方向發(fā)展。

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